JAVA反射机制

      反射可以让我们在运行时动态的加载类,访问、调用类的字段、方法、构造器。反射机制是构建框架的基础,如Spring框架核心,各种RPC框架等。

Class:class的抽象

      首先我们需要知道在java中,类的信息是由Class对象来描述的,每个类对应一个Class对象,它表示一个类或者接口(一个annotation也算是一个接口)在运行时的类型信息。Class只有一个private的构造器,你并不能手动的去创建它,Class对象只能由JVM在加载一个类或者是在调用一个方法的时候去创建它。

      获取一个类的Class对象有以下几种方式:

  • Class.forName(String className)
  • obj.getClass()
  • ClassName.class

      相较于forName()的方式,.class方式能获得编译期的检查更加安全。以上三种方式都可以获得类的Class对象,但是他们之间也有一些差别,Class.forName(String className)默认会对这个类进行初始化操作,而.class的方式则不会自动初始化该Class对象。

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import java.util.Random;
public class InitObj1 {
public static final int value1 = 1;//编译期常量,不需要初始化
public static final int value2 = new Random().nextInt();//需要初始化
static{
System.out.println("static block initializing.");
}
}
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public class InitObj2 {
public static final int value1 = 1;
static{
System.out.println("static block initializing.");
}
}
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public class ClassInitTest {
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
System.out.println("----通过.class获取Class对象-----");
Class c1 = InitObj1.class;
System.out.println("created c1");
System.out.println("value1:" + InitObj1.value1);
System.out.println("value2:" + InitObj1.value2);
System.out.println("----通过forName获取Class对象-----");
Class c2 = Class.forName("me.l4j.thinkingInJava.reflectionAPI.InitObj2");
System.out.println("created c2");
System.out.println("value1:" + InitObj2.value1);
}
}

输出:
—-通过.class获取Class对象—–
created c1
value1:1
static block initializing.
value2:-2130950913
—-通过forName获取Class对象—–
static block initializing.
created c2
value1:1

从结果可以看到.class获取Class引用不会引发初始化,延迟到了对value2的访问,但是forName()方法会立即引发初始化。

获取类型信息的简单示例

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import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Modifier;
import java.util.Arrays;
/**
* Created by lsj on 2017-9-6.
*/
public class ReflectString {
public static void main(String[] args) {
Class<?> strC = String.class;
//获取类名
System.out.println(strC.getName());
//获取实现的接口
Class<?>[] inter = strC.getInterfaces();
System.out.println("String implements interfaces:");
for (Class c : inter)
System.out.println(" --" + c.getName());
//getXXX方法只能获取到public,getDeclaredXXX可以获取到所有定义了的元素
//获取构造器
Constructor<?>[] cons = strC.getDeclaredConstructors();
System.out.println("All Constructors:");
for (Constructor csr : cons) {
System.out.println(" constructor name:"+csr.getName());
System.out.println(" constructor modifier:" + Modifier.toString(csr.getModifiers()));
Arrays.stream(csr.getParameterTypes()).forEach(x-> System.out.println(" param:"+x.getName()));
System.out.println(" ------------------------------------");
}
//获取字段
Field[] fields = strC.getDeclaredFields();
System.out.println("All fields:");
for (Field f : fields) {
System.out.println(" name:" + f.getName());
System.out.println(" modifier:"+Modifier.toString(f.getModifiers()));
System.out.println(" ------------------------------------");
}
//获取方法
Method[] methods = strC.getDeclaredMethods();
System.out.println("All methods:");
for (Method m : methods){
System.out.println(" name:"+m.getName());
System.out.println(" modifier:"+Modifier.toString(m.getModifiers()));
System.out.println(" returnType:"+m.getReturnType().getName());
Arrays.stream(m.getParameterTypes()).forEach(x-> System.out.println(" param:"+x.getName()));
Arrays.stream(m.getAnnotations()).forEach(x-> System.out.println(" annotation:"+x.annotationType().getName()));
System.out.println(" ------------------------------------");
}
// 创建一个String对象cs,向上转型为CharSequence,其类型信息任然是一个String
CharSequence cs = new String("str");
Class csClass = cs.getClass();
System.out.println(csClass.getName());
}
}

类型判断

      对类型的判断主要有istanceof关键字、Class.isInstance(Object obj)方法和”==”三种方式。

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import java.io.Serializable;
public class ClassType {
public static void main(String[] args) {
//String和StringBuilder都实现了CharSequence接口和Serializable接口,将str和sb都向上转型为一个CharSequence
CharSequence str = new String();
CharSequence sb = new StringBuilder();
//istanceof和isInstance()表示这个对象是否是这个类或者接口的实例,即这个对象是否是这个类型
System.out.println("str instanceof CharSequence:" + (str instanceof CharSequence));
System.out.println("str instanceof String:" + (str instanceof String));
System.out.println("str instanceof Serializable:" + (str instanceof Serializable));
System.out.println();
System.out.println("CharSequence.class.isInstance(str): "+CharSequence.class.isInstance(str));
System.out.println("String.class.isInstance(str): "+String.class.isInstance(str));
System.out.println();
//==只能与对象实际类型相同时才能返回true
System.out.println("String.class == str.getClass(): " + (String.class == str.getClass()));
System.out.println("CharSequence.class == str.getClass(): " + (CharSequence.class == str.getClass()));
//虽然str和sb都向上转型为CharSequence,但是他们两的实际类型并不相同
System.out.println("str.getClass(): "+str.getClass());
System.out.println("sb.getClass(): "+sb.getClass());
}
}

      instanceofisInstance()保持了类型的概念(是否是这个类,或是否是这个类的派生类),而==比较的是实际的class对象。

类型转换

      因为知道一只狗一定是一只动物,所以编译器允许自由的向上转型,不需要任何显示的转换。但是一直动物是不是一只狗这是不确定的,在进行“向下转型”的时候需要显式的进行转换(Dog)object,如果这个object并不属于Dog,那么在运行时会触发ClassCastException异常。在进行“向下转型”时我们可以先使用instanceof或者isInstance()进行类型检查,以避免触发异常。
      在JAVA SE5开始我们可以使用Class引用的cast()进行转型,暂没有发现这种转型语法的特异功能。

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Animal a = new Dog();
Class<?> dogCls = Dog.class;
Dog d = dogCls.cast(a);

反射

      通过java反射机制,我们可以动态的创建对象,体现出很大的灵活性。相较于静态编译,通过反射执行的操作要慢得多。
      java在java.lang.reflect包下提供了反射的工具和接口,reflect包只是java反射机制的一部分,其他还包括前面提到的Class类以及Object类等。

ReflectionAPI简介

      在reflect包中Field、Method和Constructor这三个类比较常用。我们可以通过Constrcutor创建新的对象(Class引用的newInstance方法也可以创建对象,但是需要这个类有无参构造器),利用Field中的set()get()方法来读取和修改字段,以及使用invoke()方法来调用与Method关联的方法。下面的实例展示了这三个类的基本用法:

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import java.util.List;
public class Student {
private String name;
private int age;
private List<String> courses;
public Student(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public Student(){
this.name = "John Doe";
this.age = -1;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
public List<String> getCourses() {
return courses;
}
public void setCourses(List<String> courses) {
this.courses = courses;
}
@Override
public String toString() {
return "Student{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
", courses=" + courses +
'}';
}
}

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import java.lang.reflect.*;
import java.util.Arrays;
public class ReflectAPI {
public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException, NoSuchFieldException {
// 利用泛型的Class来指明这个Class对象为Student的Class对象
Class<Student> stCls = Student.class;
// 利用Class的newInstance()方法,调用无参构造器来创建对象
Student sDefault = stCls.newInstance();
System.out.println("调用无参构造器创建Student对象: "+sDefault);
// 获取带String和int类型参数的构造器
Constructor ctr = stCls.getConstructor(String.class, int.class);
Student s = (Student)ctr.newInstance("john", 20);
System.out.println(s);
// 为s这个对象增加课程
// Student中courses字段为private,getField("courses")会触发NoSuchFieldException异常
// Field fld = stCls.getField("courses");
Field fld = stCls.getDeclaredField("courses");
// 由于courses字段为private的,不设置Field.setAccessible(true)会触发IllegalAccessException异常
fld.setAccessible(true);
fld.set(s, Arrays.asList("计算机网络","操作系统"));
System.out.println(fld.get(s));
// 设置为private的字段,一般来说是不希望你去直接访问它的。
// 一种合法的修改这个值的方法就是调用其public的set方法去修改它
// 这里使用getMethod()方法去获取修饰为public的方法,如果这个方法为private或者不存在会触发NoSuchFieldException异常
Method m = stCls.getMethod("setAge", int.class);
m.invoke(s, 24);
System.out.println(s);
}
}

动态代理

      首先了解下什么是代理模式:其目的是为其他对象提供一个代理以控制对某个对象的访问。代理类负责为委托类预处理消息,过滤消息并转发消息,以及进行消息被委托类执行后的后续处理。而动态代理可以动态的创建代理并动态的处理对所代理方法的调用。
      JDK实现的动态代理只能代理实现了某接口的被代理对象。java动态代理主要用到java.lang.reflect.Proxy类和java.lang.reflect.InvocationHandler接口。动态代理的实现主要包括以下步骤:

1、实现InvocationHandler接口创建调用处理器
2、调用Proxy的newInstance()方法创建动态代理实例

      以下是一个动态代理的示例程序:

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public interface WorkerInterface {
void doJob(String job);
}

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public class Worker implements WorkerInterface{
@Override
public void doJob(String job) {
System.out.println("doing "+job);
}
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import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
public class MyProxyHandler implements InvocationHandler {
private Object proxied;
public MyProxyHandler(Object proxied) {
this.proxied = proxied;
}
@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
System.out.println("----------------info------------------------");
System.out.println("Proxy: "+proxy.getClass());
System.out.println("Method: "+method);
System.out.println("args: "+args);
System.out.println("----------------info------------------------");
return method.invoke(proxied, args);
}
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public class SimpleProxy{
public static void doJob(WorkerInterface wi) {
System.out.println("Get ready to start work");
wi.doJob("Whitewashing");
System.out.println("Finish the work");
}
public static void main(String[] args) {
Worker w = new Worker();
WorkerInterface proxy = (WorkerInterface)Proxy.newProxyInstance(WorkerInterface.class.getClassLoader(),
new Class[]{WorkerInterface.class},
new MyProxyHandler(w));
doJob(proxy);
}
}

      我们在调用Proxy.newInstance方法时实际上是经历了一下三步:

1、创建代理类的类对象Class<?> cl = getProxyClass0(loader, intfs)
2、反射从生成的类对象cls中获取构造器对象:Constructor<?> cons = cl.getConstructor(constructorParams)
3、用上一步获取的构造器对象创建动态代理类实例cons.newInstance(new Object[]{h})

      通过动态代理我们可以为目标类预处理消息、添加修饰等。